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揭秘嫦娥四號生物實驗﹕曾考慮搭載烏龜

2019-02-27 09:44來源﹕人民日報海外版

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  月面示意圖。 手繪嫦娥四號生物科普實驗載荷示意圖。

  謝更新手捧嫦娥四號生物科普實驗載荷留影。

  月球沿著橢圓形軌道﹐運行至近地點附近時就會讓人們覺得格外大而明亮﹐被稱為“超級月亮”。近日﹐適逢“超級月亮”當空﹐全球各地對其關注度顯著上昇。而對很多中國人來說﹐抬頭仰望那輪“超級月亮”時除了欣賞讚嘆之外﹐還有發自心底的牽掛。因為就在那皎潔的明月之上﹐我們的嫦娥四號正在那裡﹐經受著月夜超低溫的嚴酷考驗。

  月面環境是可怕的﹐白天最高溫度高近130攝氏度﹐最低則低於零下180攝氏度﹐無疑是生命的禁區。然而﹐嫦娥四號自月背軟著陸以來不僅頑強地“生存”下來﹐而且成功進行了一系列科學探測活動﹐其中包括進行了月面生物科普實驗﹐在那個絕世寂寥的天地間生長出第一片綠葉﹐創造了人類月球探測的歷史。

  近日﹐嫦娥四號生物科普實驗載荷的總設計師﹑教育部深空探測聯合研究中心副主任謝更新接受了記者專訪﹐揭秘了本次實驗背後鮮為人知的故事。

  旨在激發探索熱情和環保意識

  嫦娥四號生物科普實驗最早可追溯到2016年。彼時﹐國防科工局﹑教育部﹑中國科學院等聯合開展月球探測載荷創意設計徵集活動。重慶大學聯合教育部深空探測聯合研究中心提出的“月面微型生態系統”設計方案從徵集活動的眾多方案中脫穎而出﹐成為嫦娥四號搭載項目的中選方案。

  該研究中心掛靠重慶大學﹐依托重慶大學的科研平臺﹐開展深空探測領域研究。作為聯合研究中心核心成員之一﹐謝更新參與了徵集活動﹐並在方案設計中起到特殊重要作用﹐他後來也因此被選拔為嫦娥四號生物科普實驗載荷總設計師。

  對載荷設計創意﹐謝更新回憶說﹕“時任聯合研究中心主任鐘志華鼓勵我們開拓思路﹐設計的實驗要既能推動學科發展﹐又能引起大眾關注宇宙的熱情和激發保護環境的意識。”我們設計團隊據此進行頭腦風暴﹐最終拿出了別具一格的月面生物實驗的方案。”

  在生物科普實驗載荷項目的準備過程中﹐載荷團隊遇到各種問題。他們憑藉著航天精神﹐在實驗物種篩選﹑罐體工程設計﹑地面驗證試驗等方面﹐逐項解決問題。

  “我們還考慮過搭載烏龜﹗”

  嫦娥四號生物科普實驗載荷搭載了棉花種子﹑油菜種子﹑酵母和果蠅卵等。雖然種類並不多﹐但是把這幾類從眾多生物物種中選擇出來並不容易。謝更新介紹說﹐課題組為此花費了兩年時間﹐囿于各種因素的限制﹐期間﹐選取的物種更換了多次。

  蠶卵曾入選為本次實驗對象。謝更新解釋說﹐理由有兩條﹕一是人們對其熟識程度高。蠶可謂家喻戶曉﹐很多人可能還有養蠶經歷。與之相比﹐人們對果蠅或者酵母就顯得陌生。選蠶更有利於更好地做科普工作。二是文化內涵豐富。中國自古以來就以絲綢文明天下﹐古絲綢之路大大促進了東西方交往﹐今天的“一帶一路”倡議也源於此。此外﹐蠶吐絲﹑結繭﹑破繭成蝶象徵著中華民族實現蝶變。然而﹐遺憾的是﹐由於客觀條件限制﹐載荷不具備蠶從破卵到成蝶的周期保障能力﹐蠶卵選項被迫取消了。

  謝更新透露﹐開始階段﹐工程約束性不是很大﹐課題組思路很開放﹐甚至考慮過搭載烏龜﹐寓意其與玉兔二號賽跑﹐彰顯中國文化色彩。但是由於尺寸﹑活動空間﹑氧氣的制約﹐烏龜也被放棄了。

  實驗科普團隊最終確定圍繞三大目標進行物種選擇。一是具有生物實驗意義﹐二是達到科普知識的目的﹐三是向世界展示中國重大工程技術能力和水平。最終入選的是“棉花種子﹑油菜種子﹑擬南芥種子﹑馬鈴薯﹑酵母和果蠅卵”。

  多方面多學科通力合作

  嫦娥四號生物科普實驗載荷匯聚了眾多部門科研人員的智慧﹐參與其中的﹐除了深空探測聯合研究中心實驗團隊﹑重慶大學的相關人員之外﹐還包括來自湖南大學﹑北京航空航天大學﹑哈爾濱工業大學﹑中國航天科技集團等高校團隊和企業團隊﹐領域涉及機械﹑控制﹑環境﹑生物﹑光學﹑能源等。

  “生物科普實驗不僅是項研究﹐而且是工程項目。要實現工程化﹐必須要凝聚幾個核心團隊。”謝更新教授表示。各專業團隊分工合作﹐做好自己承擔的工作。例如﹐位於山東省煙臺市的航天513所﹐在實驗載荷的整機工程化做出了重要貢獻。該所負責控制分系統中控制電路硬件研製﹑軟件編程﹑整機裝配及焊裝﹑熱控實施和部分環境試驗。接到任務後﹐513所迅速整合所內外資源﹐組織經驗豐富的技術骨幹﹐開展產品研製。這也是該所繼神舟九號之後再一次在太空生物實驗領域的重要實踐。

  大工程更要出細活。實驗科普團隊在細節上下足了功夫。在載荷生物的採光方案上﹐謝更新說﹕“當時在載荷上有兩種方案﹐一種是使用白熾燈光﹐這種技術已經很成熟了﹔第二種是採用自然光﹐但是沒有現成的方案。我們考慮到這次載荷不僅僅祗是想做一個太空生物研究而已。最重要的是向大眾普及生物學知識﹐比如說在月面的光合作用。所以在載荷上﹐我們花費了大量的時間和精力採用了特殊的裝置﹐以達到使用月面太陽自然光的目的﹐雖然難度大大增加﹐但意義更大。”

  豐富成果與國際社會共享

  嫦娥四號登陸月球背面是人類第一次﹐沒有詳細歷史數據可參考﹐也無經驗可借鑒。對於實驗載荷來說也是如此﹐團隊祗能對月背環境進行分析預測﹐難免有誤差。為盡可能適應軟著陸後月背地面溫度﹐實驗團隊選擇了耐低溫的和耐高溫的6類生物。此舉被證明是非常有遠見的。傳回的數據顯示﹐軟著陸時﹐載荷內溫度達30多攝氏度﹐而此前預測的溫度是20攝氏度。喜溫耐熱的棉花種子順利完成了高溫下發芽生長的過程﹐摘下了“月球第一片嫩芽”的桂冠。

  受重量3千克的約束﹐載荷還需要包括罐體﹑水﹑土壤等必需品﹐所能承載的資源非常有限。對實驗載荷的圖像捕捉祗能通過兩部傻瓜相機傳回的照片來實現。特殊的環境對相機在抗輻射﹑抗高低溫﹑抗震動﹑真空等方面提出了異常苛刻的要求﹐使得其功能盡可能簡單﹐比如沒有調焦等功能﹐也不能移動。

  謝更新透露說﹕“專家在分析兩部傻瓜相機拍攝傳回的照片時﹐高度懷疑其他種子也發芽了﹐果蠅卵也可能發育孵化了。但是圖片中祗有棉花發芽是非常清楚的﹐所以經過審慎考慮﹐我們只對外公佈確認了棉花種子發芽。雖然略有遺憾﹐但是載荷團隊仍然收穫頗豐。”

  謝更新說﹐實驗載荷團隊向公眾發佈了數張實驗圖片﹐還有近400張正用於科學研究﹐揭示種子在微重力﹑高輻射﹑高真空﹑高溫差的特殊環境下﹐生長發芽的特點。

  “當然﹐這些數據是開放的﹐歡迎外國同行合作研究﹐為人類更好認識和利用月球環境創造條件。目前﹐歐美﹑中國都有建設月球基地的規劃﹐其中必然涉及生物活動。這次實驗是一次重要的數據和經驗技術的積累﹐為未來月球基地的建設奠定研究基礎。”謝更新最後表示。(賴傑)

[ 位置﹕ 首頁> 科技頻道> 綜合新聞 責編﹕肖春芳 ]
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